Камерная печь с переменной температурой

                            ФГАОУ ВПО «Уральский Федеральный Университет

имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Политехнический институт (филиал) в г.Каменске-Уральском

Институт материаловедения и металлургии

РАСЧЁТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА

«Камерная печь с переменной температурой»

Выполнила  студентка:                                  Медведевских Н.Е.

Группа:                                                             НМТВ-353202к-КУ

Проверил доцент                                                 Гольцев В.А.

Каменск-Уральский  

2018

Вариант 2

Задание 

Рассчитать процесс нагрева металла (ncл = 8 слитков) из высокоуглеродистой стали плотностью 7800 кг/м3 в камерной электрической печи с переменной рабочей температурой от начальной температуры tм.о=0оС до конечной температуры поверхности tп.кон=12100С при допустимом перепаде температур по объему слитка в конце нагрева Δtдоп =tп2–tс2=25 0С. Слитки имеют размеры: длина слитка lсл = 2 м; диаметр слитка dсл = 0,65 м. Спроектировать рабочее пространство печи и рассчитать тепловой баланс.

І. Расчет продолжительности первого периода нагрева  τ1 .

1. Определяем эффективную поверхность кладки:

Fк´ = (2 НD + 2 НL)  +  2 DL =  2· 3,58 (4,5 + 7,39)  +  2·4,5·7,39  =

 = 85,13 + 66,51  =  151,64 м2.

Конструкция, размеры печи и размещение слитков на поду указаны на рис.1.

[pic 1]

Рис. 1. Размеры печи и размещение в ней слитков

2. Определяем угловой коэффициент с металла на металл и с металла на кладку (для цилиндрической заготовки):

φ м.м  =  2 / π{[(c´ /d )2  –  1)] 0,5  +  аrсsin (d/c´) –  (c´/d )} =

= 2 / 3,14 {[(0,88/0,65)2 – 1]0,5 +  аrсsin (0,65/0/88)  – 0,88/0,65} =

= 0,6366*(0,913+0,831- 1,354)= 0,25.

Угловой коэффициент с металла на кладку согласно правилу замкнутости

φ м.кл = 1 –  φ м.м = 1 –  0,25 = 0,75.

3. Угловой коэффициент с кладки на металл.

За эффективную поверхность принимаем боковую поверхность слитков, которая составит

Fм´ = n сл  π dсл lсл = 8 ·3,14·0,65·2,0 = 32,656 м2.

φ кл.м  =  Fм´/Fкл´  =  32,656 : 151,64 = 0,215.

4. Определяем приведенный коэффициент излучения для системы кладка-металл.

Из справочника [4] находим степень черноты окисленной поверхности слитков из высокоуглеродистой стали плотностью 7800кг/м3 (марки Ст60), а именно:  εт = εм = 0,54. Степень черноты кладки  εкл = 0,8, тогда приведенный коэффициент излучения составит:

Спр  = С0 / [ (1/ εм –1 ) φ м.кл  +  1  +  (1/ εкл – 1 ) φ кл.м ] =

= 5,7 / [ (1/0,54 – 1 ) 0,75  + 1 + ( 1/0,8 – 1 ) * 0,215 ] = 5,7/(0,639+1+0,0538) =

= 5,7:1,69  =  3,37  Вт/(м2 ·К4).

5. Принимаем эффективную температуру в печи в конце первого периода и за весь второй период на (40…60) оС выше конечной температуры поверхности:

tэф1 = tэф2 = 1210 + 40 = 1250 оС.

6. Из условия наилучшего использования мощности печи принимаем температуру поверхности слитков в конце первого периода

tп1 = 0,85  t п.кон = 0,85 · 1210 = 1029 оС.

7. Определяем удельный тепловой поток на металл в конце первого периода, который будет постоянным за весь этот период:

q м1 =  q0 =  Спр [ (Тэф.1 / 100 )4  –  (Тп1 / 100 )4 ] φм.кл  =

= 3,37 {[(1250 + 273)/100]4  –  [(1029 + 273)/100]4 } 0,75 =

= 3,37 * ( 53802,15-28737,17 ) *0,75  =  63352 Вт/м2.

8. Определяем эффективную температуру в печи в начале нагрева